FA 1.3 - Changements climatiques en Afrique Ouest-Equatoriale et impacts sur la couverture végétale.

Coordinateurs:

Enjeux:

Les modèles climatiques globaux du GIEC donnent des résultats divergents en ce qui concerne le changement des précipitations dans les régions tropicales. Une manière d’évaluer la capacité de ces modèles à simuler un changement climatique est de comparer les simulations du passé avec les données disponibles. L’impact de ces changements sur la distribution des principaux biomes peut aussi être évalué par   l’utilisation de modèles de végétation.

Du point de vue des thématiques du PPR FTH ce projet se place dans les thématiques :

  • prise en compte du temps long, paléo-environnements et peuplements humains anciens, influences sur l’environnement et la biodiversité d’aujourd’hui ;
  • réactions biologiques aux changements climatiques…

Etat de l'art:

Le projet PMIP (“Paleoclimate Modeling Intercomparison Project”) a permis la comparaison entre données et modèles climatiques pour l’Holocène Moyen (6000 ans BP) et le Dernier Maximum Glaciaire (« Last Glacial maximum » - LGM- 21000 ans BP) (Braconnot, P. et al.2007 ; Joussaume and Taylor, 1995). Pour ces périodes les comparaisons données-modèles ont montré que les modèles couplés ocean-atmosphère  présentaient certaines capacités à simuler un climat différent de l’actuel (Braconnot, 2004 ; Joussaume et al., 1999). Elles ont aussi révélé des biais importants dans les modèles comme la tendance à sous-estimer la mousson d’été de l’hémisphère nord (Braconnot, P. et al., 2007). Elles ont permis de montrer l’importance des rétroactions de la végétation sur la mousson et même sur les conditions océaniques tropicales. (Braconnot, P. et al., 1999: Claussen and Gayler, 1997: Kutzbach et al., 1996: Texier et al., 1997). La nouvelle série d’expériences sponsorisée par le « World Climate Research Program » et l’ « International Geosphere Biosphere Program » permettra d’analyser simultanément les simulations présentes, passées et futures. Par ailleurs, l’acquisition récente de nouvelles données palynologiques dans le domaine forestier guinéo-congolais atlantique sur de longues périodes de temps (50 à 80 000 ans) à haute (Lac Bambili (Cameroun) - Lézine, soumis au PNAS) comme  à basse altitude (Lac Bosumtwi (Ghana) -Gosling et Miller, 2000) permet de tester la validité des modèles sur les périodes choisies par PMIP. Elle complète sur les temps longs, les  données plus récentes (recoupant les derniers  6000 ans) dans l’ensemble du massif forestier central atlantique (e.g., Vincens et al., 1999 ; Vincens et al., 2010 ; Richards, 1986). Notre travail se situe à la suite du projet IRD ECOFIT  (ref), des projets ANR plus récents financés par l’ANR : IFORA (coordination M. Veuille), C3A (coordination A.-M. Lézine) et ELPASO  (coordination P. Braconnot) menés enétroite collaboration avec les projets internationaux de modélisation climatique (cf ci-dessus) et AMMA sur la mousson africaine.

Objectifs:

Les objectifs de cette action sont de comparer les simulations de différents modèles climatiques, dont le modèle IPSL, à 6000 BP  (Holocène Moyen) et 21000 BP (LGM) ainsi que les simulations du modèle IPSL à 4000 et 9500 BP avec les données paléo-hydrologiques disponibles en Afrique tropicale dans la région concernée par le PPR.

De plus, nous utiliserons des modèles dynamiques de la végétation (DGVM) tels que le modèle LPJ-GUESS (Sitch et al. 2003; Smith et al. 2001), forcés par les données des climats simulés pour les comparer aux reconstitutions  des paléo-végétation obtenues à partir des données polliniques et aux données de distribution de la forêt obtenues à partir des profils de sols. Les données palynologiques utilisées sont celles fournies par les collaborateurs du projet au Cameroun ainsi que celles déposées à la Banque Africaine de Données dans l’ensemble du domaine forestier central atlantique. De nouveaux sites seront analysés au Cameroun (hors projet). 

Démarches/méthodes:

Nous utiliserons le modèle IPSL-CM4 (Marti et al.,  2005) qui couple le modèle atmosphérique LMDZ, le Modèle Océanique  NEMO/OPA, le modèle de Glace de mer NEMO/LIM et le schéma de surface ORCHIDEE. Nous utiliserons la version du modèle utilisée pour les projections du climat futur du prochain rapport du GIEC et la nouvelle série de simulation du projet PMIP3. Ces simulations seront comparées aux autres simulations disponibles dans le cadre du projet PMIP.

Nous développerons plusieurs indices décrivant la composition et la structure de la végétation à partir des données palynologiques. Ces indices seront comparés aux simulations de couvert végétal produites a partir des climats modélisés et du modèle de végétation LPJ-GUESS comme cela a déjà été abordé pour la période Africaine humide de l’Holocène dans la zone Sahélienne (Hély et al. 2009). Nous reconstitueront la physionomie des paysages à partir des données palynologiques en utilisant le modèle REVEALS développé par Sugita (2007) et en cours de test au Cameroun (Projet C3A).

Site instruments et outils

La zone d’étude couverte par le PPR est petite à l’échelle de la grille d’un modèle de Circulation Générale et la résolution spatiale des modèles est trop grossière pour représenter de manière adéquate les détails orographiques  de la plupart des régions de montagne. Par conséquent, les analyses et les  comparaisons seront focalisées  sur la circulation de grande échelle et les différents facteurs affectant les changements du climat et des biomes dans l’ensemble du domaine forestier central africain. La longueur de la saison sèche ainsi que les déplacements saisonniers et interannuels de la Zone de Convergence Intertropicale seront analysés. 

Résultats attendus:

Simulations du climat et de la végétation pour les périodes de 6000 et 21000 ans BP. Les  implications sont nombreuses, pour évaluer l’impact des changements climatiques sur  l’environnement forestier ainsi que les rétroactions de la couverture végétale vers le climat. Cette étude des climats passés permettra une analyse critique des simulations du climat futur.

Institutions Partenaires:
Références:

Gosling, G. W.D., Miller C.S. 2010. 50 000 years of environmental change in west tropical Africa. Abstract 959148 AGU Fall Meeting 2010.

Hély C, Braconnot P, Watrin J, Zheng W (2009) Climate and vegetation : Simulating the African Humid Period. Comptes Rendus Géoscience 341, 671-688.

Lézine, A.-M., Assi-Kaudjhis, C., Roche, E., Vincens, A., Achoundong, G. Towards an understanding of the response of west African montane forests to climate change. Article soumis au PNAS.

Richards, K. 1986. Preliminary results of pollen analysis of a 6000 year core from Mboandong a crater lake in Cameroon. In Baker R., Richards K., Rimes C. Eds The Hull University Cameroon Expedition 1981-1982 Final Report. Dept Geography University of Hull, 14-28.

Sitch S, Smith B, Prentice IC, Arneth A, Bondeau A, Cramer W, Kaplan JO, Levis S, Lucht W, Sykes MT, Thonicke K, Venevsky S (2003) Evaluation of ecosystem dynamics, plant geography and terrestrial carbon cycling in the LPJ dynamic global vegetation model. Global Change Biology 9, 161-185.

Smith B, Prentice IC, Sykes MT (2001) Representation of vegetation dynamics in the modelling of terrestrial ecosystems : comparing two contrasting approaches within European climate space. Global Ecology & Biogeography 10, 621-637.

Sugita, S. 2007a. Theory of quantitative reconstruction of vegetation I: Pollen from large lakes REVEALS regional vegetation composition. The Holocene 17, 229–241.

Sugita, S. 2007b. Theory of quantitative reconstruction of vegetation II: all you need is LOVE. The Holocene 17, 243–257.

Vincens, A., Schwartz, D., Elenga, H., Reynaud-Farrera, IL, Alexandre, A., bertaux, J., Mariotti, A., Martin, L., Meunier, J.-D., Nguetsop, F., Servant, M., Servant-Vildary S., Wirrmann, D. 1999. FOrest response to climate changes in Atlantic Equatorial Africa during the last 4000 years and inheritance  the modern landscapes. Journal of Biogeography 26: 879-885 

Vincens, A., Buchet, G., Servant, M., Ecofit Mbalang  collaborators 2010. Vegetation response to the African Humid Period termination in central Cameroon (7°N) – new pollen insight from lake Mbalang. Climate of the Past 5, 2577-2606.